第一章 初衷——教育机器人全景展现
1.1背景
近年来，在世界各国纷纷颁布机器人和人工智能战略部署的背景下，将人工智能技术和机器人运用于教育领域的实践探索越来越多。2018 年，中国发布的《教育信息化 2.0 行动计划》强调“智慧教育创新发展行动”要加强智能教学助手、教育机器人、智能学伴、语言文字信息化等关键技术研究与应用。
教育机器人作为机器人应用于教育领域的代表，将成为智慧学习环境的重要组成部分。本白皮书将所有协助进行教学或学习活动的“机器人教育”，以及具有教育服务智能的“教育服务机器人”，统称为教育机器人。
机器人教育（Educational Robotics）是一系列的活动、教学课程、实体平台、教育资源或教育哲学，一般来说，模块化机器人和机器人套件是机器人教育中常见的辅助产品。
教育服务机器人（Educational Service Robots）是具有教与学智能的服务机器人，通常被用于进行 STEAM教育、语言学习、特殊人群学习等主题的辅助与管理教学中。区别于机器人教育中常见的产品，教育服务机器人具有固定的结构，一般不支持用户自行拆装。
1.2文献
近五年，国内外有诸多关于机器人的白皮书发布，从不同角度阐述了机器人行业的现状，对市场上现有的产品也进行了梳理。
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1.3目的
本白皮书通过各类资料的收集、汇总、分析及比较，为学术界、教育界、产业界提供全面了解教育机器人学术研究成果、产业现状及趋势、教育应用情况的报告。
探讨教育机器人的创新应用途径，以及如何设计开发能满足各类教育服务对象需求的功能，为未来的教育机器人发展指明可能的趋势，为一线教师、教育政策制定者以及教育机器人相关企业提供相对应的参考信息。
1.4章节框架
第二章 现状——学术研究与产业发展“两足”并行
2.1全球教育机器人主要研究机构
在 WoS 核心合集中，1993 年至 2018 年间，与教育机器人有关的学术文献共计检索到了 3060篇，最早的研究始于 1966 年，由 R. E. WHALLON 发表在《Phi Delta Kappan》的《ROBOTS IN CLASSROOM, A LOOK AT AMERICAN EDUCATIonAL FACTORY-BERGEN》。
其中 2014 年至 2018 年间，与教育机器人有关的研究成果 共 1404 篇，相比于 2012 年至 2016 年的文献总量，近 5 年有关教育机器人的研究数量开始急速增多，2017 年文献数量和被引频次达到峰值，2018 年有所回落。
本白皮书通过调研近五年与教育机器人相关的文献资料，依据各种研究机构的文献数量排名，排列出全球重要的教育机器人研究机构。
2.2教育机器人主要研究热点
根据关键词聚类分析的结果，将教育机器人划分为 5 个类团。
2.3教育机器人市场产品图谱
从教育服务的对象及可能的应用场域出发，本白皮书提出两大分析框架——产品分析框架和市场分析框架， 可作为相关单位对未来中长期发展的策略评估依据。依据两大分析框架，本白皮书整合出全球 12 种教育机器人产 品类型。
从市场发展现状来看，首先，教育机器人产品主要集中在家庭和学校场域中使用，如家庭中的智能玩具、儿童娱乐教育同伴、家庭智能助理；学校一般教室与专用教室的远程控制机器人、STEAM 教具；专用教室或培训机构的自闭症特殊教育机器人。
其次，部分产品仍处于概念性阶段，如课堂机器人助教、机器人“教师”，这类产品的功能设计仍需要市场的验证。再次，公共场所的教育机器人产品主要涉及安全教育功能。
最后，专业培训上的教育机器人发展显示教育机器人应用在各领域的潜力，如工业制造培训、手术医疗培训、复健看护等。
本白皮书以市场分析框架为基础，分析来自全球市场的 40 个产品，并依据产品的使用场域及扮演角色，整合出目前全球市场上 12 类产品应用情境。
根据市场情况的分析，可以得出以下结论：第一，以教育资源为基础，发展有针对性的教育服务功能，是智能机器人占领教育服务市场的致胜法宝。第二，综合应用科学、技术、工程、艺术与数学知识的新型机器人，将会成为更受欢迎的 STEAM 教具。
第三，恰当的本体和外观形态是教育机器人获得使用者信赖的基础，也是教育机器人能够胜任日常教育服务活动的基础。第四，机器人的可操控性，影响着其被用户接受的程度。相关单位应充分挖掘、定位各个领域的真实需求，让使用者于所在的场域获得有效的教育服务。
第三章 需求——丰富的角色与广阔的应用
3.1教育机器人需求分析的来源与框架
为了解教育机器人未来应用情境，获得不同群体的典型需求与需求实现时程，本白皮书通过网络问卷的形式对学生、家长、教师进行了调研，同时也结合了文献分析的方法，力图从不同的角度了解教育机器人的不同用户群体的需求情况，进而分析未来教育机器人的应用情境。依照受调查对象的身份特征，获取了 7 类视角下 9 类人群对教育机器人的需求。
分析结果包含需求群体、需求意愿、需求实现时程三个维度。实现时程根据技术面的成熟度分为短期、中期、长期 3 个阶段。短期指近 5 年内可能实现的需求；中期指 5 ～ 10 年间可能实现的需求；长期指 10 年以上可能实现的需求。综合上述两种数据源，总结出各个群体的典型需求与需求实现时程。
3.2教育机器人的需求内容与实现时程
统计问卷调研结果，汇总不同用户群体提出的教育机器人需求内容 233 项，归纳出教育机器人可扮演的 17种角色：机器人“保姆”、机器人生活伙伴、机器人生活“助理”、机器人健康“助理”、机器人学习“助理”、机器人学习伙伴、机器人学习顾问、机器人教具（玩具）、机器人“教师”、机器人助教、机器人“助理”、老人陪伴员、机器人监护员、机器人安全教育员、机器人社会服务人员、智能家庭管控、智能教室管控。由此可见，教育机器人可深度融入以家庭和学校为主的各种教育场域，为各类用户提供丰富的教育服务。
从需求内容来看，绝大部分集中在学生日常生活和学习中的陪伴与协助，此外，还包括特殊儿童的辅助、幼儿的看护、老人的陪伴、教师和家长的辅助等。以人机交互技术、机器人视觉技术、情境感知技术在内的 3 个关键技术的成熟度作为需求时程定义的准则，可确定各种角色功能中的短期需求、中期需求以及长期需求。
3.3教育机器人的需求分析结论
第四章 设计——开启专用教育机器人探索之路
4.1教育机器人的关键技术
通过文献分析、专家访谈、企业实地走访等方式，本白皮书汇总得出了教育机器人未来发展的三项关键技术：人机交互、机器视觉、情境感知。
4.2
教育机器人设计的结论与意义
第五章 产业——齐头并进的七层链条
5.1教育机器人产业链框架
本白皮书通过调研教育机器人产业相关的厂商现状，针对教育机器人产业的未来发展趋势，以成熟发展的平板电脑产业链为参考，提出了教育机器人的 7 层产业链框架图。
教育机器人与工业机器人相比，在形态、构成和功能上更加复杂，加之发展时间较短，仍然处于早期的创业探索阶段，教育机器人的 7 层产业链中的企业并非严格的上下游关系，部分企业同时具备多种角色。
在教育机器人的 7 层产业链框架中，“AI 芯片制造商”提供机器人所需的人工智能芯片，这是实现机器人智能的基础；“硬件制造商”提供组成机器人的主板、控制板、舵机、传感器、通讯模块、底盘移动机构、电源等各种零部件的制造、组装及测试；
“系统平台开发商”开发与管理软、硬件资源的系统平台，提供人机互动最重要的自然用户接口（Natural User Interface，简称 NUI）；“应用服务提供商”基于系统平台，开发包括教与学课程在内的各种教育服务功能软件，并由“内容供应商”提供教与学过程中所需的内容；
“系统集成商”负责将市场需求与软、硬件功能整合成一个最终产品；“渠道商”通过各式实体与虚拟销售渠道，将产品传递到最终消费者或使用者。
5.2教育机器人产业链的发展
随着市场需求具体化、技术发展逐渐成熟、生产成本降低，市场会自发形成多样的竞争与合作关系，以满足多变、 多样的市场需求，进而也会引发产业链的变化，未来将有可能发展许多产业关系。
依据产业链的发展现状及相似产业的发展历程，由上游至下游可整理出以下 6 项未来产业发展趋势。
第六章 未来——千帆竞发的生态系
综合市场产品、产业链与市场规模的分析与预测，本白皮书总结提出教育机器人未来市场发展预测图，如图 6-1 所示，为教育机器人市场相关者提供参考建议。
6.1市场规模
依据全球教育机器人的相关市场调查报告及相似产品的发展历程，本白皮书提出包括终端消费、教育机构、教育套件与 STEAM 玩具套件市场模型 4 个方面关于教育机器人的市场模型预测。
其中，终端消费、教育机构市场模型用以预估教育服务机器人的市场模型；教育套件与 STEAM 玩具套件市场模型用以预估机器人教育的产品市场规模。2019~2023 年 4 个模型的市场规模详细预估。
6.2未来市场竞争与合作分析
根据教育服务机器人产品的核心价值，可区分为通用型及专用型两类。例如：儿童娱乐教育同伴、家庭智能助理、智能玩具的产品类型，机器人产品满足教育、娱乐、看护、游戏等多功能服务的核心价值，形成通用型的教育服务机器人。
另一方面，课堂助教机器人、特殊教育机器人、医疗手术培训机器人、机器人“教师”、工业制造培训等产品类型，机器人产品针对教育情境提供专属设计的核心价值，形成专用型的教育服务机器人。
通用型教育服务机器人的市场竞争，吸引足够的第三方应用程序开发商加入。一方面，开发供给平台服务应用程序的价值。另一方面，创造更多市场上使用者的需求。当使用者的人数达到一定基数时，平台逐渐形成产业标准，并发展特有的应用程序商店，带动产业链上、下游厂商的发展。此生态系的竞争，相似于笔记本电脑、智能型手机、平板计算机的发展历程。通用型教育服务机器人市场关系发展如图 6-2 所示。
专用型教育服务机器人市场，将由渠道商与系统集成商扮演重要角色。系统集成商打造独有品牌价值的机器人系列产品，通过渠道商推广，成为市场上消费者的重要选择。由教与学的需求，推动整个产业链内容供应商、应用服务提供商、系统平台开发商、硬件制造商及 AI 芯片制造商等的发展。这个生态系如同教育用平板、电子互动白板、智能教室等教育科技产品的发展，系统集成商将扮演解决方案提供商的角色，满足各式教育机器人品牌商的价值需求。专用型教育服务机器人市场关系发展如图 6-3 所示。
6.3未来市场发展与建议
根据对市场产品、产业链与市场规模进行分析，本白皮书提出关于教育机器人市场未来发展的六个建议，为教育机器人研究机构与厂商的发展提供借鉴。
第七章 总结——实践困境与有效路径
7.1教育机器人的发展
本白皮书从市场产品、教育需求、产品设计、产业结构与市场规模来描述教育机器人的发展现状，总结如表 7-1所示。
7.2教育机器人的实践与展望
